CN111856351A - 一种光学式磁场探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学式磁场探测器，空腔形贵金属结构周期性地置于衬底上，空腔形贵金属结构内部设有空腔，在空腔形贵金属结构的顶部设有开口，磁致伸缩材料填充空腔，光源发射的连续谱光照射空腔形贵金属结构，光探测器接收透射光谱，在待测磁场作用下，磁致伸缩材料伸长，改变透射光谱，根据所测透射光谱实现磁场探测。在本发明中，开口的宽度严重地影响空腔形贵金属结构的表面等离激元共振，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种光学式磁场探测器。
背景技术
磁场与人类的生产和生活密切相关。传统的磁场探测多是基于霍尔效应、磁阻效应、磁通门效应及隧道效应的。传统磁场探测的灵敏度低，不能够满足高灵敏度磁场探测需要。探索基于新原理的磁场探测方案，有助于提高磁场探测的灵敏度。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种光学式磁场探测器，包括光源、光探测器、衬底、空腔形贵金属结构、磁致伸缩材料，空腔形贵金属结构周期性地置于衬底上，空腔形贵金属结构内部设有空腔，在空腔形贵金属结构的顶部设有开口，磁致伸缩材料填充空腔，光源发射的连续谱光照射空腔形贵金属结构，光探测器接收透射光谱，在待测磁场作用下，磁致伸缩材料伸长，改变透射光谱，根据所测透射光谱实现磁场探测。
更进一步地，开口的宽度小于空腔的宽度。
更进一步地，开口不设置于空腔形贵金属结构顶部的中央位置。
更进一步地，在开口处，空腔形贵金属结构逐渐变薄。
更进一步地，衬底为二氧化硅。
更进一步地，开口的宽度小于40纳米。
更进一步地，开口有两个。
更进一步地，开口的尺寸不同。
更进一步地，空腔形贵金属结构的材料为金、银、铂。
更进一步地，磁致伸缩材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。
本发明的有益效果：本发明提供了一种光学式磁场探测器，空腔形贵金属结构周期性地置于衬底上，空腔形贵金属结构内部设有空腔，在空腔形贵金属结构的顶部设有开口，磁致伸缩材料填充空腔，光源发射的连续谱光照射空腔形贵金属结构，光探测器接收透射光谱，在待测磁场作用下，磁致伸缩材料伸长，改变透射光谱，根据所测透射光谱实现磁场探测。在本发明中，开口的宽度严重地影响空腔形贵金属结构的表面等离激元共振，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种光学式磁场探测器的示意图。
图2是又一种光学式磁场探测器的示意图。
图中：1、衬底；2、空腔形贵金属结构；3、开口；4、磁致伸缩材料。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种光学式磁场探测器，包括光源、光探测器、衬底1、空腔形贵金属结构2、磁致伸缩材料4。如图1所示，空腔形贵金属结构2周期性地置于衬底1上。空腔形贵金属结构2的材料为贵金属。优选地，空腔形贵金属结构2的材料为金、银、铂。衬底为透明介质材料。优选地，衬底1的材料为二氧化硅。空腔形贵金属结构2内部设有空腔，在空腔形贵金属结构2的顶部设有开口3。空腔形贵金属结构2的厚度不做限制。一般来说，空腔形贵金属结构2侧面和底部的厚度相同。磁致伸缩材料4填充空腔。磁致伸缩材料4可以部分地填充空腔，也可以填充空腔的全部。为使磁致伸缩材料4产生更大的力，优选地，磁致伸缩材料4填充空腔的全部。但是，磁致伸缩材料4不填充开口3处。磁致伸缩材料4为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。光源发射的连续谱光照射空腔形贵金属结构2，光探测器接收透射光谱。在待测磁场作用下，磁致伸缩材料4沿图1中的水平方向伸长，改变透射光谱，根据所测透射光谱实现磁场探测。在实际应用中，还可以测量空腔形贵金属结构2阵列的反射光谱，应用反射光谱的变化，确定待测磁场。
更进一步地，开口3的宽度小于空腔的宽度。也就是说，整个空腔内磁致伸缩材料4的宽度大于开口3的宽度。这样一来，磁致伸缩材料4的伸长主要表现为开口3宽度的增加。因为磁致伸缩材料4宽，而开口3窄，这样一来，当磁致伸缩材料4伸长时，开口3的宽度将增加更多，提高磁场探测的灵敏度。
更进一步地，开口3的宽度小于40纳米。电场耦合主要发生在两结构距离较近时，当开口3的宽度小于40纳米时，开口3两侧的贵金属结构能够产生较强的电场耦合；当开口3的宽度变化时，开口3两侧的电场耦合发生显著变化，从而较多地改变空腔形贵金属结构2的局域表面等离激元共振，提高磁场探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，开口3不设置于空腔形贵金属结构2顶部的中央位置。也就是说，在空腔形贵金属结构2的顶部，开口3两侧的长度不相等。这样一来，开口3两侧部分产生不同的共振模式，两模式耦合后产生绑定和反绑定模式。由于绑定模式和反绑定模式对两模式之间的耦合特别敏感，也就是对开口3的宽度非常敏感，所以具有磁场探测灵敏度更高的优点。
实施例3
在实施例1的基础上，如图2所示，在开口3处，空腔形贵金属结构2逐渐变薄。也就是说，在开口附近，空腔形贵金属结构2薄。由于在局域表面等离激元共振时，强电场分布在贵金属微纳结构的边缘，在贵金属微纳结构的边缘形成强电场。薄的开口3边缘更容易聚集强电场，从而将开口3两侧的耦合局限在更小的空间内。当开口3的宽度增加时，该耦合状况发生更显著的变化，从而更多地改变局域表面等离激元共振，从而提高磁场探测的灵敏度。
实施例4
在实施例3的基础上，开口3有两个。开口3的尺寸不同。一方面，在空腔形贵金属微纳结构2上产生更多的共振模式，可以应用不同类型的探测器探测这些模式，通过这些模式的移动，确定待测磁场，所以本实施例具有使用灵活方便的优点；另一方面，两开口3设置为非对称排布，可以应用圆偏振光激发，在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光激发下，产生不同的共振，从而获得圆二色性光谱，根据圆二色性光谱的变化确定待测磁场。由于圆二色性光谱是手性结构的更细节特征，圆二色性光谱对形貌更敏感。也就是说，当开口3的尺寸变化时，圆二色性光谱变化更多，从而能够实现更高灵敏度的磁场探测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光学式磁场探测器，其特征在于，包括：光源、光探测器、衬底、空腔形贵金属结构、磁致伸缩材料，所述空腔形贵金属结构周期性地置于所述衬底上，所述空腔形贵金属结构内部设有空腔，在所述空腔形贵金属结构的顶部设有开口，所述磁致伸缩材料填充所述空腔，所述光源发射的连续谱光照射所述空腔形贵金属结构，所述光探测器接收透射光谱，在待测磁场作用下，所述磁致伸缩材料伸长，改变透射光谱，根据所测透射光谱实现磁场探测。
2.如权利要求1所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述开口的宽度小于所述空腔的宽度。
3.如权利要求2所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述开口不设置于所述空腔形贵金属结构顶部的中央位置。
4.如权利要求3所述的光学式磁场探测器，其特征在于：在所述开口处，所述空腔形贵金属结构逐渐变薄。
5.如权利要求1-4任一项所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述衬底为二氧化硅。
6.如权利要求5所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述开口的宽度小于40纳米。
7.如权利要求6所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述开口有两个。
8.如权利要求7所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述开口的尺寸不同。
9.如权利要求8所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述空腔形贵金属结构的材料为金、银、铂。
10.如权利要求9所述的光学式磁场探测器，其特征在于：所述磁致伸缩材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。
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Cited By (1)
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| CN113219383A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-06 | 韩山师范学院 | 一种磁场的测量装置 |
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2020
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